TW393450B - Method for preparing melamine - Google Patents

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經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 A7 , _______B7_ 五、發明説明（1 ) 本發明係關於由尿素經由高壓方法製備蜜胺的一種方 法，在此方法中’固態蜜胺係藉由將來自反應器之蜜胺熔 體轉置於一容器內，在該容器中，蜜胺熔體再以蒸發冷卻 介質冷卻而得。 此一方法係揭示於，例如，EP—A747366中 ，其述及由尿素製備蜜胺的一種高壓方法。特別是，E P —A — 747366述及尿素是如何在壓力爲10 · 34 -24. 13MPa且溫度爲354-454 °C之反應器 中熱解而產生反應器產物。此一反應器產物包含液態蜜胺 ，（：〇2及NH3且在高壓下，以混合流形態轉置至分離器 中。 在此分離器（其保持在實際上與反應器相同之溫度及 壓力下）中，反應器產物經分離成氣體流及液體流。氣體 流主要包含C 〇2及NH3廢氣與蜜胺蒸氣。液體流主要包 含蜜胺熔體。氣體流經轉置於滌氣器單元中而液體流則轉 置於產物冷卻單元中。 在滌氣器單元（在與反應器條件近乎相同之溫度與壓 力條件下操作），氣體流用熔融尿素洗滌。在滌氣器單元 中所得之熱轉移預熱熔融尿素且冷卻氣體流至溫度爲 1 7 7_ 2 3 2 °C。熔融尿素亦洗滌氣體流以從廢氣移除 蜜胺蒸氣》經預熱之熔融尿素以及從C 〇2與1^113廢氣洗 滌出之蜜胺再饋入反應器中。 在產物冷卻單元中，蜜胺熔體用液體冷卻介質冷卻及 固化而產生固態高純度蜜胺產物，該產物毋需進一步純化 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _4 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T A7 B7 五、發明説明（2 ) 。較理想之液體冷卻介質是在蜜胺熔體之溫度以及在產物 冷卻單元中之壓力下形成氣體者。EP — A — 7 4 7 3 6 6認定液態氨是爲在產物冷卻單元中之壓力大 於4 1 . 4b a r時之較理想液體冷卻介質。雖然根據 E P — A — 7 4 7 3 6 6，使用所揭示方法得到之固態蜜 胺產物的純度大於9 9重量％，此一程度之純度業經證實 難以持續維持在商業級。無法維持純度大於9 9重量％是 一缺點，其導致所產製之蜜胺較不適供更需求之用途，尤 其是在層壓體和/或塗層中所用之蜜胺一甲醛樹脂。 本發明之目的係爲獲得一種由尿素製備蜜胺的改良方 法，其中，蜜胺係由反應器產物直接得到之高純度乾燥粉 末。更特別是，本發明之目的係爲獲得一種由尿素製備蜜 胺的改良高壓方法，其中，蜜胺是經由冷卻而直接由液態 蜜胺熔體得到高純度之乾燥粉末。 經濟部中央梂準局員工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 申請人已發現高純度蜜胺可由來自蜜胺反應器之蜜胺 熔點（其溫度介於蜜胺熔點至4 5 0 t之間）連續製得， 其係藉由經過噴灑元件噴灑蜜胺熔點至一容器內，再令蜜 胺熔點與蒸發冷卻介質在高氨氣壓力下之氨氣環境中接觸 而使之冷卻得到溫度低於2 7 0 °C之蜜胺粉末，釋出氨氣 壓力並冷卻蜜胺粉末，至少在一部份冷卻範圍內，藉由機 械方式攪拌粉末並以直接或間接或少許組合方式冷卻。 高氨氣壓力意指大於IMPa，宜爲大於 1 · 5MPa，更宜爲4 · 5MPa且甚至更宜爲 6MPa之氨氣壓力。氨氣壓力係低於40MPa ，宜爲 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ΙΤΊ A7 B7 經濟部中央揉準局負工消費合作社印裝 五、發明説明（3 ) 低於25MPa且更宜爲低於llMPa。 蜜胺粉末具有不良之流動及流體化特性以及低溫度平 衡係數（不良導熱性）。因此，標準冷卻方法（諸如，流 體床或塡充式移動床）不能施用於商業級上。但是，吾人 已發現若蜜胺保持在高溫下太久的話，蜜胺粉末之顏色特 別受到不利影響。因而得證在高溫下駐留時間的有效控制 是絕對必要的。因此之故，有效地冷卻蜜.胺粉末是很重要 的。 令人意外的是儘管它的流動及導熱特性差，但業經證 實藉由利用機械方式攪袢以及直接與間接的冷卻可以冷卻 蜜胺粉末。間接冷卻一詞係指經機械攪拌過之蜜胺粉末接 觸冷卻表面的情形。直接冷卻一詞則指經機械攪拌過之蜜 胺粉末接觸冷卻介質（諸如，氨氣或空氣流）的情形。直 接與間接冷卻機構的組合很明顯亦是可能的。 由噴灑蜜胺熔體至固化容器內而成之蜜胺粉末係在接 觸時間內維持在高於2 0 0 °C之溫度下。此一接觸時間宜 介乎1分鐘與5小時之間，更宜介乎5分鐘與2小時之間 。在此一接觸時間內，蜜胺產物之溫度實際上可維持在定 値或者可經冷卻至2 0 0 °C以上的溫度，宜爲高於 240 °C，或者，更宜爲高於270 °C。高氨氣壓力意指 氨氣壓力大於IMpa ，宜大於1.5Mpa ，更宜大於 6Mpa。氨氣壓力係低於40Mpa，宜低於 2 5Mp a且更宜低於1 IMp a 。蜜胺產物可在固化容 器中或在各別冷卻容器中冷卻。 * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 6 _ 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 A7 ________^B7___’ 五、發明説明（4 ) 本發明方法之優點是爲連續地製造純度大於9 8 . 5 重量％，且通常爲大於9 9重量％ (其具有極良好之色彩 特性）的商業級蜜胺乾粉。依本發明所製得之高純度蜜胺 實際上適供任何蜜胺用途，其包括層壓物和/或塗層中所 使用之蜜胺-甲醛樹脂。 蜜胺之製備宜使用尿素作爲原料，該尿素係以熔體形 態饋入反應器中並於高溫及高壓下反應。尿素依以下反應 方程式反應形成蜜胺以及副產物N Η 3與C 0 2 : 6CO(NH2)2^ CjNiHa + 6NH3 + 3CO2 由尿素製備蜜胺可於高壓（宜介乎5與2 5Mp a之 間），無催化劑存在，且在反應溫度介於3 2 5 °C與 4 5 0 °C之間，且宜介乎3 5 0 t：與4 2 5 °C之間下進行 。副產物NH3及C 〇2通常係再循環至鄰接的尿素工廠。 本發明之以上所述標的係利用適供由尿素製備蜜胺之 裝置而獲致。適供本發明用之裝置可包括滌氣單元，具有 整體氣體/液體分離器或各別氣體/液體分離器的反應器 ，可能爲後反應器，第一冷卻容器及可能爲其他冷卻容器 。當使用各別氣體/液體分離器時，分離器之壓力與溫度 實際由上和反應器中之壓力與溫度相同。 在本發明體系中，蜜胺乃由尿素而在包含滌氣單元， 具有整體氣體/液體分離器或各別氣體/液體分離器’第’ —冷卻容器及第二冷卻容器之反應器中製成。在此一體系 本紙張又度適用中國國家樣李（CNS ) A4规格（210X297公釐）-7 · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央揉準局員工消費合作社印褽 A7 B7 五、發明説明（5 ) 中，尿素熔體經饋入在5 — 2 5Mp a，宜爲8 — 2 0 Mp a之壓力以及高於尿素熔點之溫度下操作之滌氣單元 中。此一滌氣單元可具有冷卻套或內在冷卻體以提供額外 的溫度控制。 當其通過滌氣單元時，尿素熔體與來自蜜胺反應器或 各別氣體/液體分離器之反應廢氣相接觸。反應氣體主要 包含C 〇2及NH3且可包括微量蜜胺蒸氣。尿素熔體從 C 〇2與NH3廢氣中滌出蜜胺蒸氣並將此一蜜胺帶回反應 器中。在滌氣過程中.，廢氣係由反應器之溫度（亦即，從 350 °C至425 t)冷卻至170 — 240 °C，尿素則 從1 7 0°C加熱至2 4 0°C。C〇2與NH3廢氣由滌氣單 元頂部移除且可，例如，再循環至鄰接尿素工廠，在那兒 ，它們可被用爲製造尿素的原料。 預加熱過之尿素熔體由滌氣單元與從廢氣滌出之蜜胺 一起流出，再轉置於在介乎5與2 5Mp a，宜介乎8與 2 OMp a之壓力下操作的高壓力反應器中。此一轉置可 利用高壓泵或者’在洗滌器位於反應器上方之情況下，利 用重力，或者重力與泵之組合而完成。 在反應器中，尿素熔體在介乎5與2 5Mp a之間， 宜介乎8與2 OMp a之間的壓力下經加熱至介乎3 2 5 與4 5 0°C之間，宜介乎約3 5 0與4 2 5 °C之溫度以轉 化尿素成爲蜜胺，（：〇2與1^^[3。除了尿素熔體之外，某 一數量之氨可計量饋入反應器中（液體或熱蒸氣形態）。 額外之氨雖係選擇使用的，但是，可供，例如，避免形成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（2Ι0Χ297公釐） -8 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

*1T 經濟部中央標準局貞工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 蜜胺之縮合產物（諸如’ melam ’ melem及mel〇n ),或促 進反應器中之混合。供應至反應器之額外氨數量可多達 1 〇莫耳氨/莫耳尿素，宜多達5莫耳氨/莫耳尿素，且 最宜爲多達2莫耳氨/莫耳尿素。 在反應器中製得之C 〇2與NH3以及所供應之任何額 外氣收集於分離部份中’例如，在反應器之頂部或在各別 氣體/液體分離器（位於反應器下游），再從液態蜜胺中 分離出。若使用各別下游氣體/液體分離器，則利於計量 饋入額外氨至此一分離器中。在此情況下，氨之數量爲 0 . 0 1 - 1 0莫耳氨/莫耳蜜胺。加入額外氨至分離器 中促使二氧化碳迅速從反應產物中分離出，因此，避免形 成含氧之副產物。如上所述地，從氣體/液體分離器中移 除之氣體混合物可通過滌氣器單元以移除蜜胺蒸氣且預熱 尿素熔體。 蜜胺熔體（溫度介乎蜜胺熔點與4 5 0°C之間）係從 反應器或從下游氣體/液體分離器流出並噴灑至冷卻容器 而得固態蜜胺產物。但是，在噴灑前，蜜胺熔體可從反應 器溫度冷卻至近於蜜胺熔點之溫度（但仍高於蜜胺熔點） 〇 蜜胺熔體將從反應器中，在宜高於3 9 0°C，且更宜 高於4 0 0°C之溫度下流出而在噴灑至冷卻容器前，將被 冷卻至少5 °C，宜爲至少1 5 °C »最理想的是，蜜胺熔體 將被冷卻至蜜胺固化點以上5 — 2 0°C之溫度。蜜胺熔體 可於氣體/液體分離器中或氣體/液體分離器之各別裝置 本紙張尺度適用中國國家祿準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_ g - (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_' 五、發明説明（7 ) 下游中被冷卻。冷卻可藉由注入冷卻介質（例如’溫度低 於蜜胺熔體溫度之氨氣），或藉由令蜜fl安熔體通過熱交換 器而進行。 再者，氨可以氣體/液體混合物在噴灑元件中噴灑之 方式引入蜜胺熔體中。在此一情況下，氨乃在高於蜜胺熔 體壓力且宜在介乎1 5與4 5Mp a之壓力下引入. 蜜胺熔體在反應器與噴灑元件間的駐留時間宜爲至少 1 0分鐘，且最宜爲至少3 0分鐘，通常小於4小時。 蜜胺熔體可能和氨氣一起轉置於噴灑元件中，在那兒 ，它噴灑至第一冷卻容器中以固化蜜胺熔體並形成蜜胺乾 粉。噴灑元件是爲一種裝置，蜜胺熔體流經由它而轉化成 滴粒（藉由令熔體以高速流入第一冷卻容器中）。噴灑元 件可爲噴嘴或閥。蜜胺熔體從噴灑元件外流之速度原則上 是大於2〇m/s，且宜爲大於5〇m/s。 冷卻容器包含氨環境且於高氨氣壓力下操作》因此形 成溫度介於1 0 0°C與蜜胺固化點之間，宜介於1 5 0°C 與3 0 0 °C之間，最宜爲低於2 7 0°C之蜜胺粉末。來自 噴灑元件之蜜胺滴粒利用蒸發冷卻介質（例如，液態氨） 冷卻以產生蜜胺粉末。蜜胺熔點可包含某些部份之液態氨 而其餘部份之液態氨係被噴灑至第一冷卻容器中。 由噴灑蜜胺熔體至冷卻容器而形成之蜜胺粉末係維持 在高氨氣壓力，高於2 0 0°C之溫度下經過一段接觸時間 。此一接觸時間之長短宜介乎1分鐘與5小時，更宜介乎 5分鐘與2小時之間。在此一接觸時間內，蜜胺產物之溫 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 r. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） _ 1 〇 _ 393450 a? B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印裝 五 、發明説明（8 ) 度 可 實 際 上維持 在 定 値 或 者 可 被 冷 卻 至 高 於 2 0 0 °C 之 溫 度 〇 高 氨 氣壓力 意 指 大 於 1 Μ P a 宜 大 於 1 • 5 Μ P a 9 更 宜 大 於4 . 5 Μ P a 且 最 宜 大 於 6 Μ P a 之 氨 氣 壓 力 〇 胺 氣 壓 力係低 於 4 0 Μ Ρ a 9 宜 低 於 2 5 Μ Ρ a 且 更 宜 低於 1 1 M p a 〇 接 觸 時間終 了 時 冷卻 蜜 胺粉末 至 低 於 2 7 0 °C 之 溫 度 其 係 藉由機 械 方 式 攪 拌 蜜 胺粉 末 並 直 接 或 間 接 地 冷 卻 它 〇 在 蜜 胺粉末 已 被 冷 卻 至 低於 2 7 0 °C 之 溫 度 後 釋 出 氨 氣 壓 力 至0 . 0 5 — 0 * 2 Μ P a 且 若 必 要 時 > 進 一 步 冷卻 產 物 〇 本 方 法可用 於 分 批 與 連 續 方 法 中 0 在 分 批 方 法 中 二 或 更 多 的 冷卻容 器 可 爲 蜜 胺 熔 體 使 用 而依 序 噴 灑 至 不 同 冷 卻 容 器 中 0 -旦 第 一 冷 卻 容 器 包 含 所 要 數 量 之 蜜 胺 粉 末 > 第 — 冷 卻 容器之 噴 灑 元 件 可 予 關 閉 並 打 開 第 二 冷 卻 容 器 之 噴 灑 元 件 。雖然 其 後 冷 卻 容 器 正 充 塡 中 但 在 第 一 容 器 中 之 蜜 胺粉末可 進 一 步 予 以 處 理 〇 在 連 續 方 法 中 液 態 蜜 胺 通 常 被 噴灑於 第 —_. 冷 卻 容 器 中 而 積 聚 之 蜜 胺 粉 末係 經 轉 置 於 第 二 冷卻容 器 中 而在 該 處 發 生 冷卻步 驟 〇 亦 可 使 用 分 批 式 與 連 續式方 法 之組合 0 蜜 胺 粉末必 需 從 介 於 蜜 胺 熔 點 與 約 2 0 0 °c 間 之 溫 度 冷 卻 至 低於1 0 0 °C 之 溫 度 〇 在 噴 灑 步 驟 期 間 內 ， 蜜 胺 熔 體 宜 經 冷 卻至介 乎 低 於 固 化 點 1 0 與 6 0 °c 間 之 、>四 度 〇 在 釋 出 氨 氣 壓力後 蜜 胺 粉 末 宜 冷 卻 至 少 3 5 V 9 且 更 宜 爲 6 0 °c ( 藉由機 贼 方 半且直接或間接地冷卻） 〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）_ j · 393450 A7 B7 五、發明説明（9 ) 冷卻係藉助於具有機械式攪拌蜜胺粉末與直接或間接 冷卻蜜胺粉末之元件的裝置進行。機械方式攪拌蜜胺粉末 之元件實例包括螺旋或旋轉筒，旋轉碗，旋轉碟，旋轉碟 片，旋轉管，等。 蜜胺粉末可藉由與冷卻裝置之固定和/或移動部份的 冷卻表面接觸而被冷卻。裝置之固定和/或移動表面依序 再用冷卻流體（諸如，水或油）冷卻。間接冷卻蜜胺粉末 之適當冷卻裝置的有效熱轉移係數宜介乎1 0與3 0 0W /m2K之間（以裝置之冷卻表面爲基準）。宜優先使用包 含冷卻面積爲5 0 - 5 0 0 Om2之元件的冷卻裝置。 粉末可利用注入冷卻容器中之氣態或蒸發之冷卻介質 直接予以冷卻。 直接與間接冷卻技術之組合宜供冷卻蜜胺粉末之用。 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 (請先閲請背面之注意事項再填寫本頁) 一旦蜜胺粉末已被冷卻至低於2 0 0 °C之溫度，氨氣 壓力即可釋出。較理想的是，氨氣完全被移除（至低於 lOOOppm，宜低於300pp，且最宜爲低於 1 0 0 p pm之數量，其乃藉由讓空氣吹過蜜胺粉末。氨 氣壓力可在令蜜胺粉末從低於2 0 0 °C之溫度冷卻至周溫 之前或其同時釋出。 本發明將參照以下實例作更詳細地說明： 實例： 將溫度爲4 0 2 °C之蜜胺熔體經由噴灑裝置引入高壓 容器中並用同樣噴灑於容器中之液態氨使之冷卻。在容器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-12- 393450 at _____B7_' 五、發明説明（1〇 ) 中之溫度是2 1 0°C。容器中之氨氣壓力是在6 . 8與 9 · 2 Μ P a間變化。容器係經設計爲可被冷卻之牆壁以 及氣體入口所提供之旋轉筒。2分鐘後，釋出氨氣壓力並 冷卻蜜胺粉末至約5 0°C。冷卻至5 0°C之步驟需時7分 鐘。終產物包含0 . 4重量％之melam及小於0 . 2重量 % 之 melem 〇 比較實例： 維持在1 3 . 6Mp a氨氣壓力下之管子中的 4 0 0°C蜜胺熔體藉由密閉管（其使之與冰舆水之混合物 相接觸）迅速冷卻至周溫。終產物包含1 . 4重量％ melarn 及◦ . 4 重量 ％ melem。 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 13 -

Claims (1)

1. 393450 韶 C8 D8 ~、申請專利範圍 1 . 一種從尿素經由高壓方法製備蜜胺的方法，其中 ，固態蜜胺係由來自反應器之蜜胺熔點轉置於一容器內， 而在該容器內，蜜胺熔點被蒸發冷卻介質冷卻而得，其特 徵在於來自蜜胺反應器且溫度介乎蜜胺熔點與4 5 0°C間 之蜜胺熔點經噴灑且利用蒸發冷卻介質，經由容器內之噴 灑元件噴灑至高氨氣壓力下之氨氣環境中而使之冷卻，蜜 胺熔體經轉化成蜜胺粉末，若必要的話，採用直接或間接 冷卻而得溫度爲2 7 0°C或以下之粉末，釋出氨氣壓力並 冷卻蜜胺粉末，在最少部份之冷卻範圍內，藉由經機械方 式攪拌之粉末且直接或間接地予以冷卻。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於粉末 與氨在高壓下接觸1分鐘至5小時，且產物可選擇在前述 接觸時間內實際上維持在相同溫度或被冷卻。 3 .如申請專利範圍第1 一 2項中任一之方法，其特 徵在於來自蜜胺反應器之熔點係經由容器內之噴灑元件噴 灑至大於IMp a壓力下之氨氣環境中。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 .如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於 若蜜胺粉末溫度低於2 4 0 °C，則釋出氨氣壓力。 5 ·如申請專利範圍第4項之方法，其特徵在於若蜜 胺粉末溫度低於2 0 0 t，則釋出氨氣壓力。 6 .如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於 粉末與氨氣接觸5分鐘至2小時。 7 .如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於 粉末與氨氣在大於1 M p a之壓力下接觸》 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS } A4規格（210 X 297公釐）-14- 393450 as C8 ^ - * D8 六、申請專利範圍 8 .如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於 由噴灑而得之粉末利用具有機械方式攪拌粉末之元件以及 直接或間接冷卻粉末之元件的裝置予以冷卻。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於供機 械方式攪拌粉末之元件包括旋轉螺旋，旋轉筒，旋轉碗， 旋轉碟’旋轉碟片（disc segments )或旋轉管。 1 0 .如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於裝 置之有效熱轉移係數爲1 〇 — 3 0 〇W/m2K以冷卻面積 爲基準。 1 1 .如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於裝 置之冷卻面積爲5 0 — 5 0 0 〇m2。 1 2 .如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於冷 卻係在0 . 0 5 — 0 . 2MPa壓力下進行。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（C；NS ) A4規格（210x297公釐）